京張高鐵車站出站信號機設(shè)置方案優(yōu)化研究

李紅俠,王東方

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 概述

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，通過大規(guī)模建設(shè)高速鐵路、運營高速列車，我國鐵路進入以高速鐵路交通系統(tǒng)作為核心運輸方式的時代，高速鐵路已為人們中短途出行提供了首選的快捷出行方式。高鐵車站出站信號機的設(shè)置與列車長度、站臺長度以及股道有效長等因素有關(guān)，高鐵車站出站信號機的設(shè)置優(yōu)化可以在一定程度上改善運輸條件、提高運輸效率。

TB10621-2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》2015年2月1日實施[1]，該規(guī)范第3.2.5條“到發(fā)線有效長度應(yīng)采用650 m”，規(guī)范中到發(fā)線有效長度采用650 m主要考慮了3個因素：站臺長度、安全防護距離、警沖標至絕緣節(jié)的距離。

站臺長度：根據(jù)最大編組要求，確定16輛編組時站臺長度為450 m；

安全防護距離：考慮測速測距誤差、司機確認停車點距離及動車組過走防護距離，確定安全防護距離≥95 m；

警沖標至絕緣節(jié)的距離：根據(jù)目前第一輪對距離車頭的距離最長為4.85 m，確定警沖標至絕緣節(jié)的距離為5 m。

因此到發(fā)線有效長度計算為：16輛編組時(5+95)m×2+450 m=650 m，其中站臺長度即是到發(fā)線有效停車長度為450 m；站臺長度：根據(jù)列車最大編組要求，確定站臺長度450 m是按CRH1型動車最大編組輛數(shù)為16輛考慮，列車總長度為2×214 m=428 m，取430 m，另每側(cè)考慮10 m的停車余量。雙方向使用到發(fā)線有效長度為線路一端的警沖標至另一端的警沖標的距離，或線路一端的警沖標至另一端有效長計算點的距離，或線路一端的有效長計算點至另一端有效長計算點的距離。

“復(fù)興號”動車組自2017年6月26日投入運營以來，以其良好的乘車體驗廣受旅客歡迎，“復(fù)興號”動車組有8輛和16輛兩種車型，編組為8輛的運力僅為576人，在春運、暑運以及其他節(jié)假日等高峰期，鐵路部門將2列8輛編組“復(fù)興號”重聯(lián)運行或者采用每列16輛長編組“復(fù)興號”動車組(每列16輛長編組定員達到1193人)，以增加運力。長編組“復(fù)興號”動車組除在京滬高鐵運行外，還安排在京廣高鐵、滬昆高鐵等線路上開行。自“復(fù)興號”動車組運營以來，熱門線路、長大干線特別是京滬高鐵的客流一直持續(xù)增長，原有的2列8輛編組“復(fù)興號”重聯(lián)或者16輛長編動車組的定員一定程度上已經(jīng)不太能滿足高峰時旅客出行的需要。面對新的鐵路運輸需求，相關(guān)部門研制出了超長版17輛編組“復(fù)興號”動車組；相對16輛編組只增加1節(jié)是綜合考慮到國內(nèi)高鐵站臺長度一般為450 m(對應(yīng)股道有效長為650 m)以及動車段、動車所的檢修庫線限制，在不增加站臺長度的情況下，增加到17輛編組(每列定員達到1283人)，超長版“復(fù)興號”動車組采用17輛編組。因此，目前我國研制的時速350 km“復(fù)興號”動車組有8輛編組、16輛長編組、和17輛長編組(CR400AF-B)三個版本，8輛編組重連、16輛長編組和17輛長編組的列車長度分別是417.6，411.3，439.9 m。

2 高鐵出站信號機設(shè)置相關(guān)要求以及優(yōu)化到發(fā)線有效長研究試驗情況

2.1 相關(guān)設(shè)計規(guī)范中出站信號機設(shè)置要求

京張高鐵出站信號機設(shè)置執(zhí)行的規(guī)范有TB 10007—2017《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》[2]和TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》[1]，以下為兩個相關(guān)設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。

(1)TB 10007—2017《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》[2]中出站信號機設(shè)置原則

發(fā)車線發(fā)車方向末端為對向道岔時，出站信號機設(shè)置于對向道岔尖軌尖端外方；發(fā)車線發(fā)車方向末端為順向道岔時，出站信號機設(shè)置于順向道岔警沖標內(nèi)方，無動車組運行時設(shè)置于距警沖標沿線路方向不小于3.5 m處；有動車組運行時設(shè)置于距警沖標沿線路方向不小于5 m處。

(2)TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》[1]中出站信號機設(shè)置規(guī)定

有高速列車通過的車站出站信號機宜設(shè)在距警沖標不小于55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端不小于50 m的位置，應(yīng)答器組設(shè)于距出站信號機20～30 m處，高速鐵路出站信號機及應(yīng)答器設(shè)置如圖1所示(盡頭式車站出站信號機應(yīng)設(shè)置在距警沖標不小于5 m的位置或臨近的對向道岔岔前軌縫處)。

一般高速鐵路中間站出站信號機設(shè)計執(zhí)行以上兩本規(guī)范，出站信號機宜設(shè)在距警沖標不小于55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端不小于50 m的位置，應(yīng)答器組設(shè)于距出站信號機20～30 m處。

2.2 高鐵優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗情況[3]

京沈高鐵優(yōu)化到發(fā)線有效長[3]研究試驗是為適應(yīng)我國高速鐵路新形勢下發(fā)展需求、滿足中國鐵路“走出去”戰(zhàn)略實施要求而開展的一項綜合試驗項目，目標是在僅開行16 輛編組動車組條件下，對到發(fā)線有效長進行優(yōu)化以及在650 m 到發(fā)線有效長條件下[4]滿足開行更長編組動車組需求的研究試驗。

TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》[1]中雙方向使用的到發(fā)線有效長度為線路一端的警沖標至另一端的警沖標距離，或線路一端的警沖標至另一端有效長計算點的距離，或線路一端的有效長計算點至另一端有效長計算點的距離，如圖2所示(NBP：常用制動模式曲線)[4]。

圖2 到發(fā)線有效長度(650 m)與常用制動曲線(單位：m)

按照原鐵道部關(guān)于印發(fā)鐵運[2012]211號《CTCS-3級列控車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)》的通知[5]第7.4.3.2條規(guī)定CTCS-2級模式站內(nèi)需要考慮最大60 m的安全防護距離(計算停車點至出站信號機絕緣節(jié)之間的距離L2)，車載設(shè)備制動曲線原理如圖3所示。

圖3 車載設(shè)備制動曲線原理

目前各列控車載廠商都進行了安全防護距離(最大60 m)的優(yōu)化，優(yōu)化后不大于40 m。安全防護距離縮短后停車標與目標停車點間距離增大，便于司機操控列車。

從圖2、圖3可以看出，高速列車是以出站信號機處的軌道電路邊界作為目標靶點進站停車的，需要的安全保護距離在出站信號機外方已考慮，信號機與停車點之間有L2(最大60 m)的安全防護距離，防止列車冒進信號機；信號機與警沖標之間距離55 m，其中過走防護距離50 m，是對列車制動部分失效或鋼軌黏著不足進行的防護，在接車過程中不檢查其空閑，沒有充分利用過走防護距離。

京沈高鐵優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗[3]主要是將安全防護與過走防護這兩個距離的功能進行優(yōu)化研究的試驗。

試驗設(shè)計方案為：側(cè)線出站信號機設(shè)于距順向道岔警沖標5 m 或?qū)ο虻啦砑廛壖舛嘶拒壙p處，出站應(yīng)答器組設(shè)于距出站信號機65 m處(與客貨共線鐵路、城際鐵路設(shè)置方式保持一致)；對應(yīng)每架側(cè)線出站信號機外方各增加設(shè)置1個60 m 長分割區(qū)段，如圖4所示。

圖4 優(yōu)化到發(fā)線有效長車站出站信號機及應(yīng)答器設(shè)置示意(單位：m)

優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗主要包括：通過調(diào)整出站信號機、應(yīng)答器組與警沖標的相對位置，在開行16輛編組動車組條件下，到發(fā)線有效長可由650 m優(yōu)化為600 m；到發(fā)線兩端增設(shè)分割區(qū)段，增加了H碼防冒進及防絕緣破損的功能，進一步提高了高速鐵路的安全性。該優(yōu)化方案方便了司機操縱，有利于減少停車附加時分[6]。該試驗結(jié)論可為完善高速鐵路設(shè)計規(guī)范中關(guān)于到發(fā)線有效長和出站信號機設(shè)置等規(guī)定提供技術(shù)依據(jù)。

2.3 高速鐵路車站出站信號機設(shè)計應(yīng)用情況[7-8]

京滬高鐵[9-10]和滬寧城際[11]的車站出站信號機距警沖標間距按照不宜小于30 m(困難條件下不得小于20 m)的設(shè)計原則，除京滬高鐵和滬寧城際外，其他2018年前開通運營的高速鐵路車站出站信號機距警沖標距離大多數(shù)按照55 m設(shè)計，與TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定一致。

2.4 17輛長編組“復(fù)興號”動車組在京滬高鐵的運用情況

結(jié)合其他高鐵運營中反映車站接車停車附加時分過長，影響運行時分的問題，2011年開通的京滬高鐵[12]針對車站到發(fā)線站場設(shè)計情況，按照出站信號機與警沖標間距不宜小于30 m進行了部分車站出站信號機設(shè)置的優(yōu)化設(shè)計，既滿足動車組能夠按照圖定運行時分要求完整接入股道停車，同時也能保證車站信號平面布置具有一定安全余量的技術(shù)要求。17輛超長版時速350 km“復(fù)興號”動車組已于2019年1月正式亮相京滬高鐵，并安全運營至今。

3 京張高鐵與出站信號機設(shè)置相關(guān)的工程情況

京張高鐵起自北京北站，西迄張家口站，新建京張高鐵(含延慶支線)共設(shè)車站11個，新建崇禮鐵路設(shè)太子城車站1座。京張高鐵是支撐成功舉辦2022年冬奧會的交通保障線、是促進京津冀一體化發(fā)展的經(jīng)濟服務(wù)線、是傳承京張鐵路百年歷史的文化線、是全面展示中國鐵路建設(shè)尤其是中國高鐵建設(shè)成果的示范線、是落實“一帶一路”倡議引領(lǐng)中國高鐵走出去的政治使命線。

京張高鐵(含崇禮鐵路，下同)主要技術(shù)標準中明確到發(fā)線有效長度為650 m，全線采用CTCS-3級兼容CTCS-2級的列控系統(tǒng)。

北京北站、延慶站站臺長度為450 m；清河站、昌平站站臺長度為550 m；沙河站不辦理客運，未設(shè)置旅客站臺；京張高鐵以及崇禮鐵路其他車站站臺長度為450 m(張家口高速場與普速場共用的站臺為550 m)。北京北站、延慶站為盡頭車站，且延慶站考慮既有S2內(nèi)燃動車組上線，出站信號機距警沖標需按5 m設(shè)置；清河站、沙河站、昌平站考慮普速車上線運行，出站信號機距警沖標也需按5 m設(shè)置；但根據(jù)京張高鐵相關(guān)工程情況，結(jié)合京張高鐵的建設(shè)意義以及開行17輛“復(fù)興號”長編組的工程預(yù)留等因素，需要對八達嶺長城站、東花園北站、懷來站、下花園北站、宣化北站、張家口高速場以及太子城站7個車站的出站信號機的設(shè)計方案進行進一步優(yōu)化研究。

4 京張高鐵車站出站信號機設(shè)置及適應(yīng)性分析[13]

根據(jù)TB 10007—2017《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》[2]和TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》[1]，結(jié)合京沈高鐵[3]優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗以及17輛長編組“復(fù)興號”動車組在京滬高鐵的運用情況，京張高鐵八達嶺長城站、東花園北站、懷來站、下花園北站、宣化北站、張家口高速場以及太子城站7個車站出站信號機的設(shè)置通過對以下4個方案進行比選確定，方案如下。

(1)方案1：根據(jù)TB 10621-2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》[1]要求，出站信號機設(shè)置在距警沖標55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端50 m的位置。

(2)方案2：參考京滬高鐵出站信號機設(shè)置方案，到發(fā)線股道以及鄰近高站臺的正線股道出站信號機距警沖標按30 m設(shè)置，正線出站信號機按照《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》設(shè)置在距警沖標55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端50 m的位置。

(3)方案3：參考京滬高鐵出站信號機設(shè)置方案，到發(fā)線出站信號機距警沖標按30 m設(shè)置，正線股道出站信號機距警沖標也按30 m設(shè)置(即到發(fā)線和正線出站信號機對齊設(shè)置)。

(4)方案4：參考京沈優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗方案[3]，到發(fā)線出站信號機距警沖標按5 m設(shè)置，到發(fā)線出站應(yīng)答器組距相應(yīng)出站信號機按65 m設(shè)置，對應(yīng)每架出站信號機外方設(shè)置1個60 m長的分割區(qū)段(圖4)；正線出站信號機以及相應(yīng)應(yīng)答器組根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)置。

4個方案比選如下。

方案一中出站信號機的設(shè)置滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，但是司機停車困難，對司機停車要求較高，接車停車附加時分長。該方案是目前高速鐵路車站出站信號機普遍采用的設(shè)置方案，但不滿足開行17輛“復(fù)興號”編組動車組的要求。

方案2和方案3比方案1更有利于司機操控，方便司機對標停車[14]，有條件時，優(yōu)先采用方案3，即同一咽喉出站信號機設(shè)置對齊設(shè)置。按照方案2，對于16輛編組的動車組，在京滬高鐵運營效果良好，而對于開行17輛編組“復(fù)興號”動車組也已安全運營了一段時間。對于正在建設(shè)中的高速鐵路項目，在土建工程已實施、信號系統(tǒng)工程尚未實施的情況下，建議采用方案2以及方案3，均為以后運行17輛“復(fù)興號”長編組動車組預(yù)留了行車條件[15-16]。但是，方案2到發(fā)線出站信號機以及方案3正線和到發(fā)線出站信號機距相應(yīng)警沖標的距離與現(xiàn)行TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》不符，需要專項批復(fù)后才能實施。與方案3相比，方案2還更適用于既有高速鐵路線路為了開行更長編組動車組需要進行信號設(shè)備[17]布置改造的情況，在既有高速鐵路線路不便于施工和調(diào)試測試的情況下，可采取這個僅移設(shè)到發(fā)線出站信號機和相關(guān)應(yīng)答器組[18]，不增設(shè)分割區(qū)段的設(shè)計方案。京張高鐵通過專項批復(fù)后采用方案3：正線和到發(fā)線出站信號機距警沖標距離均按30 m設(shè)置(即到發(fā)線和正線出站信號機對齊設(shè)置)。

對于方案4，京沈優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗方案通過試驗評審。每側(cè)線股道增加設(shè)置2個60 m長的分割軌道電路區(qū)段，增加了H碼防冒進及防絕緣破損的功能，進一步提高了高速鐵路的安全性。按照優(yōu)化調(diào)整后的到發(fā)線設(shè)備布置方案，可實現(xiàn)到發(fā)線有效長度的充分利用，進一步優(yōu)化司機操縱，對標[10]更方便、順暢，對減少停車附加時分有一定幫助；滿足開行17輛編組動車組的要求；該建議方案是對現(xiàn)行技術(shù)方案的重大優(yōu)化，滿足未來開行更長編組動車組的運用需求；如僅開行16輛編組動車組，到發(fā)線有效長可由650 m優(yōu)化為600 m，有利于征地拆遷、節(jié)能環(huán)保和降低工程造價；新建項目將增加的到發(fā)線分割區(qū)段納入聯(lián)鎖邏輯檢查，對防止側(cè)面沖突有一定的作用。方案4可為完善高速鐵路設(shè)計規(guī)范[1]中關(guān)于到發(fā)線有效長和出站信號機設(shè)置等規(guī)定提供技術(shù)依據(jù)，但需要盡快完善高速鐵路設(shè)計規(guī)范中關(guān)于到發(fā)線有效長和出站信號機設(shè)置，具備工程應(yīng)用條件。方案4適用于新建高速鐵路線路一次設(shè)計實施到位的情況。

5 結(jié)語

高速鐵路的車站出站信號機設(shè)置除需要考慮現(xiàn)行規(guī)范[1-2]要求外，還需要結(jié)合工程情況、新技術(shù)發(fā)展、新裝備應(yīng)用等情況進行具體分析。對于新建高速鐵路項目，推薦優(yōu)先采用方案四，也可采用方案3；對于土建工程已實施、信號系統(tǒng)工程尚未實施的高速鐵路，建議采用方案2或方案3；方案2更適用于既有高速鐵路線路為了開行更長編組動車組需要進行信號設(shè)備布置改造的情況，在既有高速鐵路[19-20]線路不便于施工和調(diào)試測試的情況下。對于具體的高速鐵路車站出站信號機設(shè)置方案，在實施中還需考慮方案的合規(guī)性[15-16]。綜上所述，通過京張高鐵車站出站信號機設(shè)置的研究分析[13]，對于進一步提高京張高鐵的安全性，實現(xiàn)到發(fā)線有效長的充分利用，進一步優(yōu)化司機操縱，減少停車附加時分，提高工程經(jīng)濟性等具有重要的作用，并希望通過這種設(shè)計方案優(yōu)化分析研究，為類似工程項目建設(shè)提供參考價值和借鑒。